异型滚子弧面凸轮减速机构参数化设计方法技术

本发明专利技术公开了一种异型滚子弧面凸轮减速机构参数化设计方法，涉及数控机床轴滚子凸轮转台的技术领域，其包括：异型滚子弧面凸轮减速机构类型分析，构建弧面凸轮减速机构的设计特征物元模型；异型滚子廓面方程推导；推导出异型滚子弧面凸轮工作廓面方程；在

【技术实现步骤摘要】
异型滚子弧面凸轮减速机构参数化设计方法


[0001]本专利技术涉及数控机床轴滚子凸轮转台的
，尤其涉及一种异型滚子弧面凸轮减速机构参数化设计方法
。

技术介绍

[0002]弧面凸轮减速机构是一种新型传动机构，主动件与从动件之间为滚动摩擦，主要实现空间交错轴传动，具有传动精度高，运动平稳，传动链短，工作效率高等优点，广泛应用于高端机床四轴及五轴数控转台上
。
但是，该机构设计过程复杂，设计标准尚不完备，并且其核心部件弧面凸轮具有空间不可展复杂螺旋曲面，导致其制造难度大，制造水平受到一定的制约
。
[0003]现有设计技术多为单一滚子类型弧面凸轮减速机构的设计技术，由于弧面凸轮减速机构的工作廓面为空间不可展开曲面，使得其设计水平受到限制，目前对于弧面凸轮的三维建模主要有模拟轨迹法
、
点云法等，点云法是根据弧面凸轮廓面方程理论获得凸轮的廓面数据点，再将这些数据点拟合成曲线，进而将曲线混合成曲面
。
模拟轨迹法是让从动滚子按照凸轮的运动规律运动，利用形成的包络实体来切割并去除材料得到凸轮的实体模型
。
弧面凸轮的轮廓设计大多依然是由“点云
‑
曲线
‑
曲面
‑
曲面合并
‑
实体化”的过程
。
根据这样的过程设计一个凸轮的工作量比较大，因为凸轮轮廓复杂，点的数量和拟合的曲线量很大，编辑起来十分困难，并且设计效率低
。
[0004]现有的对于弧面凸轮机构传统的设计方法十分的繁杂并且困难
。
在设计好确定参数的弧面凸轮机构后，若想对其中的某一参数或者特征作出修改，必须要重复之前的工作，重新生成
。
模拟轨迹法得到弧面凸轮轮廓曲面和理论上的轮廓曲面有一定的差异；点云法因为其计算大量的点坐标，处理非常麻烦，更重要的是其不符合参数化设计，即有一个参数改变则所有点坐标改变，这时就要将所有点重新导入三维软件中，非常麻烦，效率低下
。
现有的单一滚子类型弧面凸轮减速机构的设计技术无法满足多类型滚子类型弧面凸轮减速机构的设计需要
。
[0005]把事物可以结合分解的可能性统称为事物的可扩性
。
利用可扩性去解决和求行问题的方法称为分合链方法
。
提取产品的主要特征物元来构建产品物元模型，产品的物元模型表示为：
[0006][0007]其中，
c1(O)∈V1,c2(O)∈V2,L,c
n
(O)∈V
n
。
[0008]根据分合链方法，上述物元模型中的分层模型为：
[0009][0010][0011][0012]其中表示合并
。
构建物元模型是一种新的技术手段，对异型滚子弧面凸轮减速机构类型分析，构建弧面凸轮减速机构的设计特征物元模型的技术思路目前并不广泛和成熟，需要进一步发展和完善，来解决目前异型滚子存在的设计上的不足和缺陷
。

技术实现思路

[0013]为了克服现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种异型滚子弧面凸轮减速机构参数化设计方法
。
[0014]本专利技术的目的采用以下技术方案实现：
[0015]异型滚子弧面凸轮减速机构参数化设计方法包括以下步骤：
[0016]步骤
1、
异型滚子弧面凸轮减速机构类型分析，构建弧面凸轮减速机构的设计特征物元模型；
[0017]步骤
2、
异型滚子廓面方程推导：建立滚子截面圆坐标系，在平面坐标系
O1X1Y1中滚子截面圆半径
r
h
是滚子任意宽度
h
的函数，而不同滚子类型的
r
h
函数又有不同，故当
h
的值取0到
b
，且取不同滚子的截面圆半径
r
h
时得到不同滚子的曲面方程；
[0018]步骤
3、
推导出异型滚子弧面凸轮工作廓面方程：弧面凸轮工作廓面方程按照空间包络曲面的共轭原理及空间坐标变换相关理论进行设计计算；设弧面凸轮与滚子的共轭接触点为
N(N1,N2)
，
N1为滚子工作曲面上的点，
N2为弧面凸轮工作曲面上的点；令
N1点在
S1、S2坐标系下的位置矢量分别为
N2点在
S1、S2坐标系下的位置矢量为
N
点在
S
坐标下的位置矢量为
(r
N
)0；
[0019]推导出圆柱滚子弧面凸轮廓面方程及其共轭接触方程
、
圆锥滚子弧面凸轮廓面方程及共轭接触方程
、
鼓形滚子弧面凸轮廓面方程及共轭接触方程
、
球锥滚子弧面凸轮廓面方程及共轭接触方程
、
球滚子弧面凸轮廓面方程及共轭接触方程；
[0020]步骤
4、
基于
NX10.0
结合
Visual Studio2012
在
NX
二次开发环境下进行弧面凸轮参数化设计系统开发：
[0021]依据前述推导所确定的异型滚子弧面凸轮工作廓面方程及主要设计参数，在
NX
二次开发环境下进行参数化设计系统开发；根据所述主要设计参数，创建参数输入对话框；根据廓面方程及对话框输入参数，建立弧面凸轮参数化设计程序；
[0022]步骤
5、
弧面凸轮设计程序搭建：
[0023]在
Visual Studio2012
软件开发平台中搭建
NX
二次开发编译环境，在前述创建对话框时生成的源程序模板文件中结合
NX Open C/C++API
开发工具在模板源程序文件中编写弧面凸轮设计程序
。
[0024]优选的：所述步骤2中，得到的不同滚子的曲面方程，包括以下五种滚子类型：
[0025]球锥滚子的曲面方程为：
[0026][0027]其中，
X1、Y1、Z1为滚子外廓曲面上点的坐标
,r
为转盘中心到滚子大端的距离，
h
为球锥滚子中任意截面到球锥滚子大端之间的距离，
r
a
为圆锥滚子母线圆弧的半径，
δ
为滚子大端圆至滚子与弧面凸轮切点之间的距离，
γ
为滚子锥角，
R
为圆锥滚子大端半径，
ψ
为滚子与弧面凸轮接触点处法向矢量与
Y1轴所夹角度
。
[0028]圆柱滚子的曲面方程：
[0029][0030]其中，
X1、Y1、Z1为滚子外廓曲面上点的坐标，
r
为转盘中心到滚子大端的距离，
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种异型滚子弧面凸轮减速机构参数化设计方法，包括以下步骤：步骤
1、
异型滚子弧面凸轮减速机构类型分析，构建弧面凸轮减速机构的设计特征物元模型；步骤
2、
异型滚子廓面方程推导；建立滚子截面圆坐标系，在平面坐标系
O1X1Y1中滚子截面圆半径
r
h
是滚子任意宽度
h
的函数，而不同滚子类型的
r
h
函数又有不同，故当
h
的值取0到
b
，且取不同滚子的截面圆半径
r
h
时得到不同滚子的曲面方程；步骤
3、
推导出异型滚子弧面凸轮工作廓面方程；弧面凸轮工作廓面方程按照空间包络曲面的共轭原理及空间坐标变换相关理论进行设计计算；设弧面凸轮与滚子的共轭接触点为
N(N1,N2)
，
N1为滚子工作曲面上的点，
N2为弧面凸轮工作曲面上的点；令点
N1在
S1、S2坐标系下的位置矢量分别为
N2点在
S1、S2坐标系下的位置矢量为
N
点在
S
坐标下的位置矢量为
(r
N
)0；推导出圆柱滚子弧面凸轮廓面方程及其共轭接触方程
、
圆锥滚子弧面凸轮廓面方程及共轭接触方程
、
鼓形滚子弧面凸轮廓面方程及共轭接触方程
、
球锥滚子弧面凸轮廓面方程及共轭接触方程
、
球滚子弧面凸轮廓面方程及共轭接触方程；步骤
4、
基于
NX10.0
结合
Visual Studio2012
在
NX
二次开发环境下进行弧面凸轮参数化设计系统开发，依据前述推导所确定的异型滚子弧面凸轮工作廓面方程及主要设计参数，在
NX
二次开发环境下进行参数化设计系统开发；根据所述主要设计参数，创建参数输入对话框；根据廓面方程及对话框输入参数，建立弧面凸轮参数化设计程序；步骤
5、
弧面凸轮设计程序搭建，在
Visual Studio2012
软件开发平台中搭建
NX
二次开发编译环境，在前述创建对话框时生成的源程序模板文件中结合
NX Open C/C++API
开发工具在模板源程序文件中编写弧面凸轮设计程序
。2.
根据权利要求1所述的异型滚子弧面凸轮减速机构参数化设计方法，其特征在于：所述步骤2中，得到的不同滚子的曲面方程，包括以下五种滚子类型；球锥滚子的曲面方程为：其中，
X1、Y1、Z1为滚子外廓曲面上点的坐标
,r
为转盘中心到滚子大端的距离，
h
为球锥滚子中任意截面到球锥滚子大端之间的距离，
r
a
为圆锥滚子母线圆弧的半径，
δ
为滚子大端圆至滚子与弧面凸轮切点之间的距离，
γ
为滚子锥角，
R
为圆锥滚子大端半径，
ψ
为滚子与弧面凸轮接触点处法向矢量与
Y1轴所夹角度；圆柱滚子的曲面方程：
其中，
X1、Y1、Z1为滚子外廓曲面上点的坐标，
r
为转盘中心到滚子大端的距离，
h
为球锥滚子中任意截面到球锥滚子大端之间的距离，
R
为圆锥滚子大端半径，
ψ
为滚子与弧面凸轮接触点处法向矢量与
Y1轴所夹角度；圆锥滚子的曲面方程：其中，
X1、Y1、Z1为滚子外廓曲面上点的坐标，
r
为转盘中心到滚子大端的距离，
h
为球锥滚子中任意截面到球锥滚子大端之间的距离，
R
为圆锥滚子大端半径，
γ
为滚子锥角，
ψ
为滚子与弧面凸轮接触点处法向矢量与
Y1轴所夹角度；鼓形滚子的曲面方程：其中，
X1、Y1、Z1为滚子外廓曲面上点的坐标，
r
为转盘中心到滚子大端的距离，
h
为球锥滚子中任意截面到球锥滚子大端之间的距离，
r
a
为球锥滚子母线圆弧的半径，
b
为滚子宽度，
R
为圆锥滚子大端半径，
ψ
为滚子与弧面凸轮接触点处法向矢量与
Y1轴所夹角度；球形滚子的曲面方程：其中，
X1、Y1、Z1为滚子外廓曲面上点的坐标，
r
为转盘中心到滚子大端的距离，
h
为球锥滚子中任意截面到球锥滚子大端之间的距离，
R
为圆锥滚子大端半径，
ψ
为滚子与弧面凸轮接触点处法向矢量与
Y1轴所夹角度
。3.
根据权利要求1所述的异型滚子弧面凸轮减速机构参数化设计方法，其特征在于：在所述步骤3中，推导出的五类滚子弧面凸轮廓面方程及其共轭接触方程为：圆柱滚子弧面凸轮廓面方程及其共轭接触方程为：
其中，
X2、Y2、Z2为弧面凸轮工作曲面上点的坐标，
r
为弧面凸轮的顶弧面半径，
h
为球锥滚子中任意截面到球锥滚子大端之间的距离，
R
为圆锥滚子大端半径，
θ
为弧面凸轮的角位移，为转盘的角位移，
ψ
为滚子与弧面凸轮接触点处法向矢量与
Y1轴所夹角度，
c
为减速机构的中心距，
p
为弧面凸轮的旋向，为减速机构的传动比；圆锥滚子弧面凸轮廓面方程及共轭接触方程为其中，
X2、Y2、Z2为弧面凸轮工作曲面上点的坐标，
r
为弧面凸轮的顶弧面半径，
h
为球锥滚子中任意截面到球锥滚子大端之间的距离，
R
为圆锥滚子大端半径，
θ
为弧面凸轮的角位移，为转盘的角位移，
ψ<...

【专利技术属性】
技术研发人员：龚青山，陈如云，郭秀珍，胡明茂，宫爱红，江志刚，李俊霖，马润彬，刘敏，曹占龙，张光国，孙章栋，陈君文，吴兢，
申请(专利权)人：湖北汽车工业学院，
类型：发明
国别省市：